Implementación del control de un inversor para la inyección de energía a la red eléctrica

Abstract

RESUMEN: En el trabajo se realiza la implementaci´on de un inversor de dos niveles con transistores de compuertas aislada (IGBT), el cual es sincronizado con la red trifásica de 220 V, 60 Hz del laboratorio. Mediante el inversor, se puede inyectar potencia activa a la red, la cual ser´a suministrada por un sistema que emula la generación de energía eólica, que se tiene en el laboratorio. Primeramente, se realiza el modelado del inversor y se diseñan los lazos de control de corriente con el objetivo de regular el flujo de potencia activa hacia la red y mantener el factor de desplazamiento unitario por el lado de corriente alterna del inversor; tambi´en se diseña el lazo de control de voltaje por el lado del bus de corriente directa. Se realizó la simulación utilizando el programa PSIM, donde se comprueba el desempeño de los lazos de control y la operación de todo el sistema. Con el programa implementado y con los lazos de control sintonizados, se genera el código C que será utilizado en la programación del sistema digital de control del inversor. Se implementaron las tarjetas de procesamiento analógico que permiten medir las corrientes y los voltajes por el lado de la red del inversor, y el voltaje en el bus de corriente directa, así como acondicionar estas señales para que puedan ser leídas por el convertidor análogo – digital del controlador. También se implementó la tarjeta de procesamiento digital, la cual permite suministrar las señales de control de las compuertas de los transistores IGBT, a partir de las señales PWM de salida del controlador. Se montaron las diferentes fuentes para alimentar las tarjetas de procesamiento analógico y digital. Se utilizó un inversor de POWEREX, modelo R-Pack PP100T120, de 100 A y 1200 V. Entre el inversor y la red trifásica del laboratorio, se conectó un autotransformador de relación de transformación variable (VARIAC) y reactores en serie. Como controlador del sistema se utilizó el microcontrolador TMS320F28335 de Texas Instruments. Durante las pruebas en el laboratorio, se utiliz´o como fuente de energ´ıa, por el lado del bus de corriente directa del inversor, la fuente regulada variable TDK-Lambda, modelo GEN 300-17, de 300 V y 17 A. Se realizaron pruebas experimentales donde se comprobó el funcionamiento del inversor, logrando buenos resultados. Los resultados de estas pruebas son mostrados en el trabajo. Se establecieron las conclusiones generales y las propuestas para continuar el trabajo de integración de estos resultados, con el sistema de generación éolica que se ha venido desarrollando en el laboratorio. ABSTRACT: In this work the implementation of a two level inverter with isolated gate transistors (IGBT) was made, the inverter was synchronized with the 220 V and 60 Hz three phases laboratory grid. Using this inverter, active power can be supplied to the grid, this power will be supplied by a system from the laboratory that emulates the wind energy generation. Firstly, the inverter model is done and the current control loops are designed to regulate the active power flux to the grid, and to keep a unitary power factor in the alternate current inverter side; also, the voltage control loop is designed for the direct current link side . The simulation of the system was made using the software PSIM, where the performance of the control loops and the operation of the hold system are tested. Based on the simulation and with the control loops tuned, the C code that will be used in the coding of the digital control system is coded. The analogic processing boards that allows measuring currents and voltages at the grid side were implemented, also to measure the direct current link voltage and to scale those signals to they can be read by the controller analog-digital converter. Also, the digital processor board was implemented, this one allows to supply the control signals to the IGBT transistor gates from the PWM signals at the controller outputs. The different power sources for suppling energy to the analogic and digital processing boards were mounted. A POWEREX inverter, R-Pack PP100T120 model of 100 A and 1200 V, was used. Between the inverter and the three phases laboratory electrical grid an autotransformer of variable transformation relation (VARIAC) and a set of reactors were wired in series. As the controller of the system a Texas Instruments microcontroller TMS320F28335 was used. During the laboratory tests the energy source TDK Lambda GEN 300-17 model of 300 V and 17 A was used as a power source at the inverter direct current side. Experimental tests were done where the inverter operation was probed, good results were obtained. Those results are shown on this paper. The general conclusions were established and also the proposals to continue with the integration of this results with the eolic generation system that have been developed in the laboratory.